EspañolVistas:125 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2020-12-23 Origen:Sitio
El efecto piezoeléctrico es reversible. Si se aplica un voltaje de audio a los discos de cerámica piezoeléctrica, se puede generar vibración mecánica y sonido. Por el contrario, cuando el disco cerámico piezo -cerámica se somete a vibración mecánica (o presión), se genera una cierta cantidad de carga Q en la hoja y se puede emitir una señal de voltaje del electrodo.
Figura 1 Estructura de discos de cerámica piezoeléctrica y símbolos gráficos
Los discos cerámicos piezoeléctricos de titanio de germanio de plomo más comunes (PZT) están hechos de circonio, titanio y óxidos de plomo y luego sinterizados. Dado que el oído humano es más sensible a los sonidos con una frecuencia de aproximadamente 3 kHz, la frecuencia de resonancia F0 del disco de cerámica PZT generalmente está diseñado para ser de aproximadamente 3 kHz. Teniendo en cuenta que funciona a bajas frecuencias, es difícil cumplir con los requisitos de frecuencia con solo un trozo de cerámica piezoeléctrica. En general, se adopta una estructura de diafragma doble, y su apariencia y símbolos se muestran en la Figura 1. Es un compuesto de discos de sonido transductor piezoal con un diámetro de D y una lámina vibratoria de metal con un diámetro de D. D es generalmente 15 ~ 40 mm, y el espesor total de la placa vibratoria compuesta es H.
Figura 2 Curva característica de frecuencia de disco de cerámica piezo
Cuando el material piezoeléctrico es constante, la frecuencia de resonancia es proporcional a H e inversamente proporcional a (d/2) 2. La frecuencia de resonancia F0 tiene una relación exponencial con el diámetro D de la placa vibratoria compuesta, como se muestra en la Figura 2 (a). Obviamente, cuanto más grande sea la D, mejor son las características de baja frecuencia. Cuando el disco cerámico PZT se usa como micrófono, la frecuencia de trabajo es de aproximadamente 300Hz ~ 5kHz. La impedancia z del disco cerámico piezo depende de la relación D/D. De la Figura 2 (b), se puede ver que la impedancia disminuye a medida que aumenta la relación D/D.
Hay dos métodos de conducción para la cerámica piezoeléctrica. El primero es el impulso de autooscilación. El principio del circuito es proporcionar retroalimentación positiva a través de un amplificador transistor para formar un oscilador de cristal piezoeléctrico, lo que hace que la hoja de cerámica piezoeléctrica funcione en la frecuencia resonante F0 para producir sonido. En este momento, los discos de sonido del transductor piezos tienen baja impedancia, y el volumen de salida está controlado por la corriente de entrada, por lo que también se llama tipo de unidad actual.
El segundo es una unidad de oscilación excitada por separado, que utiliza un oscilador de onda cuadrada (o onda corta) para excitar el sonido. En este momento, la cerámica piezoeléctrica generalmente funciona a frecuencias distintas a F0, por lo que la impedancia es mayor y la corriente de entrada es menor. Es un tipo de voltaje. Su ventaja es que el rango de sonido es más amplio y el tono es mejor.
En condiciones de aficionados, puede usar el archivo de voltaje de un multímetro para verificar la calidad del disco de cerámica PZT. El método específico es: marque el multímetro al rango de voltaje de 2.5V CC, sostenga suavemente los dos lados del disco de cerámica piezoal con el pulgar y el dedo índice de la mano izquierda, mantenga dos cables de prueba en la mano derecha, conecte la pluma de prueba roja a la hoja de metal, y coloque la pluma de prueba negra horizontalmente en la superficie de la cerámica. Como se muestra en la Figura 3. Luego, el pulgar y el dedo índice de la mano izquierda se presionan firmemente, y luego están relajados. Se generan dos múltiplos de voltaje con polaridades opuestas en el disco piezoeléctrico, lo que hace que el puntero primero se balancee hacia la derecha, luego regrese a la posición cero y balancee hacia la izquierda. La amplitud de swing es de aproximadamente 0.1 ~ 0.15V. Bajo la misma presión, cuanto mayor sea el columpio, mayor es la sensibilidad de los discos de sonido del transductor piezos. Si las manos del reloj no se mueven, significa que los discos de piezo a la venta tienen goteras o dañadas.
Figura 3
Vuelva a probar después de intercambiar las posiciones de los dos cables de prueba. La secuencia de swing del puntero debe ser: retorno de retorno-cero de la izquierda Swing-cero.
Cosas que preocuparnos:
① Si se usa el voltaje de CA, no se observará una oscilación de puntero. Esto se debe a los cambios más lentos en la señal de voltaje generada.
② Antes de la inspección, primero mida la resistencia del aislamiento con el archivo R × 1k o R × 10k. El resultado debe ser infinito, de lo contrario, prueba una fuga. Después de que los discos cerámicos piezoeléctricos se agrietan por una fuerte vibración, se puede aplicar una capa delgada de soldadura a la grieta con un soldador eléctrico, y generalmente se puede usar.
③ No use fuerza excesiva o fuerza excesiva durante la inspección y no doble el disco de cerámica piezoal. No rastree el disco de cerámica PZT con la punta de la pluma del medidor para evitar daños a la hoja.
④ Si se aplica presión constante al disco cerámico piezoeléctrico, el puntero volverá lentamente a cero debido a la fuga constante de carga eléctrica.
Usando el archivo 50UA del multímetro, también puede verificar la calidad del disco piezoeléctrico. El circuito se muestra en la Figura 4. Conecte el cable de prueba rojo a la lámina de metal y el plomo de la prueba negra a la superficie cerámica piezoeléctrica. Cuando ambas manos aplican fuerza +F, -f a lo largo de la dirección axial, las manos del reloj deben balancear algunas microamps hacia la derecha. Cuando se vuelve a soltar la mano, la mano del reloj balancea algunas microamps a la izquierda. La fuerza de instalación y el tiempo de relajación son DT, el valor promedio de la corriente a través del microammetro es: i = +q/△ t, i2 = -q/△ t.
Figura 4
Como se mencionó anteriormente, hay dos modos de cerámica piezoeléctrica: unidad de oscilación autoexcitada y unidad de oscilación más excitada. El siguiente es un diagrama de circuito para verificar la cerámica piezoeléctrica diseñada de acuerdo con el segundo método. Ver Figura 3. Ahora se usa una pieza de CC4069 seis inversores, y los inversores F1 y F2 forman un oscilador de resistencia invertida de dos etapas, y F3 juega un papel de aislamiento. Después de conectar los discos de sonido del transductor piezoítico, se forma un circuito completo de timbre (BZ). Los números en la figura indican los números PIN de CC4069. En realidad, R1 seleccionado es 470kΩ resistencia ajustable, c = 470pf, FR2 = 1MΩ. Sustituya en la fórmula (F0 = 0.455/(R1C1)) para encontrar la frecuencia de onda cuadrada de salida F0 es de aproximadamente 2kHz. El voltaje de la fuente de alimentación VDD es 6 ~ 9V.
Cuando el interruptor S está cerrado, la pieza de cerámica piezoeléctrica bajo prueba debe poder hacer un sonido. Luego, ajuste gradualmente R1. Cuando se eleva R1, F0 aumenta y el lanzamiento aumenta. Cuando R1 cae, F0 cae y el tono cae. Este método también puede medir las características de frecuencia de la cerámica piezoeléctrica.
Los discos cerámicos piezoeléctricos se utilizan principalmente en altavoces piezoeléctricos, micrófonos, líneas de retraso ultrasónica, sensores para medir la vibración y la presión, y los transmisores y receptores en teléfonos para convertir la energía mecánica (energía del sonido) en energía eléctrica, o de energía eléctrica a elementos transductores de baja potencia en energía mecánica. También se puede aplicar a la limpieza ultrasónica, soldadura, detección de defectos, diagnóstico ultrasónico, tratamiento médico ultrasónico, emisión hidroacústica, encendido, detonación, etc. Cuando se usa como una potencia de alta presión y fuerte, el elemento de conversión de energía que convierte la energía eléctrica en energía mecánica.
